CN111129921A - 一种基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器及其使用方法，要解决的是现有包层光剥除器使得光纤发热的问题。本产品包括导热壳体、第一毛细管、第二毛细管和石英管，所述第一毛细管和第二毛细管分别固定在石英管的两端，石英管穿入导热壳体的内部并且石英管与导热壳体固定，石英管的内壁设置有毛化区域。本产品设计合理，使用简单方便，可以使得光纤表面不积热，器件的滤光区域受热均匀，可以实现更高效的包层光滤除，满足人们的使用需求。

Description

一种基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器及其使用方法
技术领域
本发明涉及激光领域，具体是一种基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器。
背景技术
光纤激光器具有转换效率高、能量密度高、光束质量好、结构紧凑和性能稳定等优点，被广泛应用于工业生产、医疗、通信和国防军事等领域。光纤激光器在工作时，输入到双包层增益光纤中的泵浦光并不能完全被增益介质吸收，在增益光纤的输出端不可避免地含有残余泵浦光和因熔接偏心误差、光纤弯曲等因素泄漏的信号光，这些包层残留光如果继续向前传输，会影响输出激光的光束质量，同时也会损伤光纤激光器中的其它器件；大功率激光通过传能光纤耦合传输的过程中，会有部分聚焦光因偏离光纤中心线方向或因部分光入射角超过数值孔径角而进入包层中，其产生的热量会导致光纤涂覆层受热，进而烧毁传能光纤；光纤激光器对于来自加工工件的反射光特别敏感，激光器在进行切割、焊接和打孔过程中，强反射光一旦反射回激光器内部，将导致激光器烧毁。因此，高稳定性和高剥除效率的包层光滤除器对于提升光纤激光器的输出功率和稳定性具有重要意义。
现有的包层光滤除器主要是通过包层外涂覆高折射率胶水和化学酸腐蚀包层表面的方法来实现的。基于涂覆高折射率胶制备的包层光剥除器，器件需要在高强度的通水热沉冷却下才能稳定工作，高折射率胶本身的高温耐受性差，限制了器件的功率承载能力。通过化学腐蚀的方法制作的剥除器，工艺难控制，而且滤出的光主要聚集在滤除器前端，从而使器件前端聚集大量的光和热，导致器件散热不均，局部温度过高，会导致光纤发热，光束质量变差，热积累到一定程度会烧毁光纤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器，包括导热壳体、第一毛细管、第二毛细管和石英管，所述第一毛细管和第二毛细管分别固定在石英管的两端，石英管穿入导热壳体的内部并且石英管与导热壳体固定，石英管的内壁设置有毛化区域。
作为本发明进一步的方案：石英管采用圆管，石英管的长度为60mm，石英管的内径为5mm，这种尺寸可以适用于绝大部分的光纤，易加工，加工技术成熟，加工成本低。
作为本发明进一步的方案：石英管在使用前采用质量分数为10％的氢氟酸清洗10-20分钟，减少对光传输的影响。
作为本发明进一步的方案：毛化区域的长度为40mm，毛化区域位于石英管内壁的中心区域。
作为本发明进一步的方案：第一毛细管和第二毛细管均采用蓝宝石毛细管和石英毛细管中的任意一种，这两种毛细管市场可以直接购得，便于更换。
作为本发明进一步的方案：导热壳体采用金属材料制作，成本低廉，易加工，导热效果好。
作为本发明进一步的方案：第一毛细管和第二毛细管均采用热固化胶水固定在石英管两端，石英管和导热壳体的连接处采用热固化胶水固化，连接牢固性好，保证使用过程中运行的稳定性。
所述基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器的使用方法，具体步骤如下：
步骤一，将光纤的涂覆层剥除，再对剥除后的光纤表面清洗，得到处理后的光纤；
步骤二，将处理后的光纤固定在飞秒激光加工区域，利用飞秒激光烧蚀处理后的光纤的光纤包层，在光纤包层形成直径小于30μm深度小于5μm的圆滑凹型烧蚀阵列，得到烧蚀后的光纤，沿着光传输的方向，凹型烧蚀阵列由稀疏逐渐变密集，烧蚀长度40mm；
步骤三，再将烧蚀后的光纤穿入石英管内部，烧蚀阵列位于石英管的中心区域，烧蚀后的光纤与第一毛细管以及烧蚀后的光纤与第二毛细管的接触处采用紫外胶固化；
步骤四，包层光进入光纤的烧蚀阵列后，由于光纤原有的波导结构被破坏掉，光在传输过程中不再满足全反射定律，散射到石英管的内壁，通过石英管内壁的毛化区域进行二次散射，使剥离出包层的光可以更均匀的导出，被导热壳体带走，第一毛细管和第二毛细管均与光纤涂覆层紧密结合，可以将散射到光纤涂覆层的光导出到导热壳体上，防止光纤涂覆层积热烧毁。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本产品设计合理，使用简单方便，可以使得光纤表面不积热，器件的滤光区域受热均匀，可以实现更高效的包层光滤除，满足人们的使用需求。
附图说明
图1为基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器的结构示意图。
图2为基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器处理后的光纤结构示意图。
其中：1-光纤，2-导热壳体，3-第一毛细管，4-第二毛细管，5-石英管，6-包层光剥除区域，7-光纤包层，8-光纤纤芯。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
一种基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器，包括导热壳体2、第一毛细管3、第二毛细管4和石英管5，所述第一毛细管3和第二毛细管4分别固定在石英管5的两端并且第一毛细管3和第二毛细管4的内径均略大于光纤涂覆层的直径，石英管5穿入导热壳体2的内部并且石英管5与导热壳体2固定，石英管5的内壁设置有采用玻璃蒙砂粉制作的毛化区域。
石英管5采用圆管，石英管5的长度为60mm，石英管5的内径为5mm，这种尺寸可以适用于绝大部分的光纤，易加工，加工技术成熟，加工成本低。
石英管5在使用前采用质量分数为10％的氢氟酸清洗10-20分钟，减少对光传输的影响。
第一毛细管3和第二毛细管4均采用蓝宝石毛细管，这种毛细管市场可以直接购得，便于更换。
所述基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器的使用方法，具体步骤如下：
步骤一，将光纤1的涂覆层剥除，再对剥除后的光纤1表面清洗，得到处理后的光纤1；
步骤二，将处理后的光纤1固定在飞秒激光加工区域，利用飞秒激光烧蚀处理后的光纤的光纤包层7，在光纤包层7形成直径小于30μm深度小于5μm的圆滑凹型烧蚀阵列，得到烧蚀后的光纤1，沿着光传输的方向，凹型烧蚀阵列由稀疏逐渐变密集，烧蚀长度40mm；
步骤三，采用质量分数为10％的氢氟酸清洗15分钟的石英管5，再将烧蚀后的光纤1穿入石英管5内部，烧蚀阵列位于石英管5的中心区域，烧蚀后的光纤1与第一毛细管3以及烧蚀后的光纤1与第二毛细管4的接触处采用紫外胶固化；
步骤四，包层光进入光纤1的烧蚀阵列后，由于光纤1原有的波导结构被破坏掉，光在传输过程中不再满足全反射定律，散射到石英管5的内壁，通过石英管5内壁的毛化区域进行二次散射，使剥离出包层的光可以更均匀的导出，被导热壳体2带走，第一毛细管3和第二毛细管4均与光纤1的涂覆层紧密结合，可以将散射到光纤1的涂覆层的光导出到导热壳体2上，防止光纤1的涂覆层积热烧毁，得到符合要求的光纤纤芯8和包层光剥除区域6。
实施例2
一种基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器，包括导热壳体2、第一毛细管3、第二毛细管4和石英管5，所述第一毛细管3和第二毛细管4分别固定在石英管5的两端，石英管5穿入导热壳体2的内部并且石英管5与导热壳体2固定，石英管5的内壁设置有毛化区域。
毛化区域的长度为40mm，毛化区域位于石英管5内壁的中心区域。
第一毛细管3采用蓝宝石毛细管，第二毛细管4采用石英毛细管，这两种毛细管市场可以直接购得，便于更换。
导热壳体2采用金属材料制作，成本低廉，易加工，导热效果好。
第一毛细管3和第二毛细管4均采用热固化胶水固定在石英管5两端，石英管5和导热壳体2的连接处采用热固化胶水固化，连接牢固性好，保证使用过程中运行的稳定性。
所述基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器的使用方法，具体步骤如下：
步骤一，将光纤1的涂覆层剥除，再对剥除后的光纤1表面清洗，得到处理后的光纤1；
步骤二，将处理后的光纤1固定在飞秒激光加工区域，利用飞秒激光烧蚀处理后的光纤1的光纤包层7，在光纤包层7形成直径小于30μm深度小于5μm的圆滑凹型烧蚀阵列，得到烧蚀后的光纤1，沿着光传输的方向，凹型烧蚀阵列由稀疏逐渐变密集，烧蚀长度40mm；
步骤三，再将烧蚀后的光纤1穿入石英管5内部，烧蚀阵列位于石英管5的中心区域，烧蚀后的光纤1与第一毛细管3以及烧蚀后的光纤1与第二毛细管4的接触处采用紫外胶固化；
步骤四，包层光进入光纤1的烧蚀阵列后，由于光纤1原有的波导结构被破坏掉，光在传输过程中不再满足全反射定律，散射到石英管5的内壁，通过石英管5内壁的毛化区域进行二次散射，使剥离出包层的光可以更均匀的导出，被导热壳体2带走，第一毛细管3和第二毛细管4均与光纤1的涂覆层紧密结合，可以将散射到光纤1的涂覆层的光导出到导热壳体2上，防止光纤1的涂覆层积热烧毁。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器，包括导热壳体(2)、第一毛细管(3)、第二毛细管(4)和石英管(5)，所述第一毛细管(3)和第二毛细管(4)分别固定在石英管(5)的两端，石英管(5)穿入导热壳体(2)的内部并且石英管(5)与导热壳体(2)固定，其特征在于，石英管(5)的内壁设置有毛化区域。
2.根据权利要求1所述的基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器，其特征在于，所述石英管(5)采用圆管。
3.根据权利要求1所述的基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器，其特征在于，所述石英管(5)在使用前采用质量分数为10％的氢氟酸清洗10-20分钟。
4.根据权利要求1或3所述的基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器，其特征在于，所述毛化区域的长度为40mm，毛化区域位于石英管(5)内壁的中心区域。
5.根据权利要求1所述的基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器，其特征在于，所述第一毛细管(3)和第二毛细管(4)均采用蓝宝石毛细管和石英毛细管中的任意一种。
6.根据权利要求1或5所述的基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器，其特征在于，所述导热壳体(2)采用金属材料制作。
7.根据权利要求1所述的基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器，其特征在于，所述第一毛细管(3)和第二毛细管(4)均采用热固化胶水固定在石英管(5)两端，石英管(5)和导热壳体(2)的连接处采用热固化胶水固化。
8.一种如权利要求1-7任一所述的基于飞秒烧蚀的光纤包层光滤除器的使用方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，将光纤(1)的涂覆层剥除，再对剥除后的光纤(1)表面清洗，得到处理后的光纤(1)；
步骤二，将处理后的光纤(1)固定在飞秒激光加工区域，利用飞秒激光烧蚀处理后的光纤(1)的光纤包层(7)，在光纤包层(7)形成烧蚀阵列，得到烧蚀后的光纤(1)；
步骤三，再将烧蚀后的光纤(1)穿入石英管(5)内部，烧蚀阵列位于石英管(5)的中心区域，烧蚀后的光纤(1)与第一毛细管(3)以及烧蚀后的光纤(1)与第二毛细管(4)的接触处采用紫外胶固化；
步骤四，包层光进入光纤(1)的烧蚀阵列后散射到石英管(5)的内壁，通过石英管(5)内壁的毛化区域进行二次散射即可。
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